Исследование строения и ультразвуковой контроль металлических объектов

Объектом исследования являются технология сплавления металлических порошков электронно-лучевой пушкой и метод ультразвукового контроля качества металлических изделий.
Цель работы – исследовать качество и структуру готовых металлических 3D-объектов из порошка сплава ВТ6, полученных методом EBM. В результате исследования оптические методы совпадают с исследованиями качества образца с помощью УЗ-томографа.

Оглавление ………………………………………………………………………………………………. 8

Введение ………………………………………………………………………………………………… 11

Обзор литературы ………………………………………………………………………………….. 13

1 Оборудование и технология электронно-лучевой плавки (EBM) ………….. 13

1.1 История появления технологии EBM …………………………………………….. 14

1.3 Анализ рынка 3д-принтеров ………………………………………………………….. 20

1.4 Материалы для 3Д-печати ……………………………………………………………… 29

1.5 Особенности металлических изделий, полученных методом EBM …. 37

1.6 Современные технологии контроля металлических изделий ………….. 39

1.7 Зарубежный и Российский опыт использования технологии
аддитивных технологий………………………………………………………………………. 43

2 Объект и методы исследований ……………………………………………………………. 50

2.1 Объект исследований и свойства сплава ………………………………………… 50

2.2 Метод получения металлического порошка сплава ВТ6 для печати
методом ЕВМ……………………………………………………………………………………… 51

2.3 Метод ЕВМ для изготовления, исследуемого 3D-объекта ………………. 52

2.4 Методика макроанализа металлического 3D объекта …………………… 53

2.5 Методика микроструктурного анализа ………………………………………… 53

2.6 Методика измерения микротвердости …………………………………………. 54

2.7 Метод ультразвуковой компьютерной томографии ………………………… 56

3 Результаты проведенного исследования ………………………………………………. 61

3.1 Макроанализ металлического 3D объекта ……………………………………. 61
3.2 Микроструктурный анализ сплавленного порошка сплава ВТ6
методом ЕВМ……………………………………………………………………………………… 63

3.3 Исследование качества втулки с использование ультразвуковой
компьютерной томографии …………………………………………………………………. 66

4 «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение»
………………………………………………………………………………………………………………. 73

4.1 Потенциальные потребители результатов исследования ………………… 73

4.2 Планирование научно-исследовательских работ ……………………………. 76

4.2.1 Структура работ в рамках научного исследования …………………… 76

4.2.2 Определение трудоемкости выполнения НИОКР …………………….. 76

4.2.3 Построение графика работ ………………………………………………………. 77

4.3 Диаграмма Исикава ……………………………………………………………………….. 80

5 Социальная ответственность ……………………………………………………………….. 83

5.1 Техногенная безопасность …………………………………………………………….. 83

5.1.1Микроклимат …………………………………………………………………………… 84

5.1.2 Электромагнитные поля ………………………………………………………….. 86

5.1.3 Шум ……………………………………………………………………………………….. 87

5.1.4 Освещение ……………………………………………………………………………… 87

5.2 Экологическая безопасность………………………………………………………….. 89

5.2.1 Анализ влияния объекта исследования на окружающую среду … 89

5.2.2 Анализ влияния процесса исследования на окружающую среду . 89

5.2.3 Обоснование мероприятий по защите окружающей среды ………. 90

5.3 Безопасность в чрезвычайных ситуациях……………………………………….. 90

5.4 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности … 92

5.4.1 Специальные (характерные для рабочей зоны исследователя)
правовые нормы трудового законодательства ………………………………….. 92

Выводы о проделанной работе ……………………………………………………………….. 94

Список использованных источников ………………………………………………………. 97

Приложение А ……………………………………………………………………………………… 102

1. Электронно-лучевая плавка (EBM) [электронный ресурс]режим
доступа: http://3dtoday.ru/wiki/EBM_print/
2. O. L. A. Harrysson, O. Cansizoglu, D. J. Marcellin-Little, D. R. Cormi-
er, and H. A. West II, Direct Metal Fabrication of Titanium Implants with Tai-
lored Materials and Mechanical Properties Using Electron Beam Melting Tech-
nology, Mater. Sci & Eng., C, 28 [3], 366-373 (2008).
3. S. Collins, Laser and Electron Beam Powder Bed Fusion, in Measure-
ment Science Roadmap for Metal-Based Additive Manufacturing// NIST (2013), /
Электрон.дан.–2013.–Заглавие с экрана. – Режимдоступа:
htpp://www.nist.gov/el/isd/upload/NISTAdd_Mfg_Report_FINAL-2.pdf
4. Additive Manufacturing Study Shows Cuts in Material Consumption
and Reduced CO2 Emissions. // Powder Metall Rev. / Электрон. дан. – 2013. –
Заглавиесэкрана.–Режимдоступа:
htpp://www.ipmd.net/articles/002490.html.
5. Энциклопедия 3Д-печати. – Режим доступа: htpp://3dtoday.ru/wiki/
6. Слайсер Slic3r // Slic3r. URL: http://slic3r.org/.
7. М.А.Зленко, А.А. Попович, И.Н., Мутылина. Аддитивные техно-
логии в машиностроении. Издательство политехнического университета,
Санкт- Петербург, 2013.
8. СлайсерCura//Ultimaker.URL:
htpps://ultimaker.com/en/products/curasoftware
9. СлайсерSimplify3D//Simplify3D.URL:
https://www.simplify3d.com/software/.
10. Слайсер CraftWare//CraftUnique.URL:
https://www.craftunique.com/craftware
11. Аналитический отчет DISCOVERY RESEARCH GROUP «Рынок
3D-принтеров в России»
12. Цветкова Т.М., Исследование рынка аддитивного производства в
России, Москва, издательство Финансовый университет
13. Electron Beam Melting (EBM) for Titanium Implant Production.
//http://www.medicalmodeling.com/solutions-for-engineers/electron-beam-
melting-ebm-fortitanium-implant-production
14. Металлы для 3D-печати [Электронный ресурс] Режим доступа:
http://3d.globatek.ru/3d_printing_materials/metal/
15. Дорошенко В.А. Цифровые технологии и литье под низким давле-
нием деталей из алюминиевых и магниевых сплавов // Литейное производ-
ство. – 2009. – № 8. – С. 16-18.
16. Hohmann M., Brooks G., Spiegelhauer C. Production methods and ap-
plications for high-quaIity metaI powders and sprayformed products. Produk-
tionsmethoden und Anwendungen fur qualitativ hochwertige Metallpulver und
spruhkompaktierte Halbzeuge. Stahl und Eisen. – 2005.
17. Федотов А.В. Новые технологии порошковой металлургии // Ма-
териалы в машиностроении. – 2012. – № 1 (76). – С. 53-56.
18. Additive Manufacturing Study Shows Cuts in Material Consumption
and Reduced CO2 Emissions. // Powder Metall Rev. / Электрон. дан. – 2013. –
Заглавие с экрана. – Режим доступа: htpp://www.ipmd.net/articles/002490.html
19. Techel A. et al., Laser Additive Manufacturing of Turbine Components,
Precisely and Repeatable. Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology
(IWS), интернет-издание Laser Institute of America. Доспуп свобод.
http://www.lia.org/blog/category/laser-insights2/laser-additive-manufacturing/
20. Wohlers Report 2012. Additive Manufacturing and 3D Printing State of
the Industry Annual Worldwide Progress Report, ISBN 0-9754429-8-8, 286 p,
2012.
21. Колачев Б. А. Механические свойства титана и его сплавов / Б. А.
Колачев, В. А. Ливанов, А. А. Буханова. М.: Металлургия, 1974. 544 с.
22. Полуфабрикаты из титановых сплавов; под ред. Б. А. Колачева.
М.: ОНТИ ВИЛС, 1996. 581 с.
23. Колчин А.Ф., Стрекалов А.Ф., Сумароков СВ. Управление жиз-
ненным циклом продукции. М.: Анахарсис, 2002. -303 с: ил.
24. Коротин А.И., Лазарев А.Л., Плаксин А.А., Шмыров С.Ф. Основы
ультразвуковой дефектоскопии металлических конструкции: учебное посо-
бие. – Саранск, 2008. – 60 с.
25. Bulavinov A. Industrial application of real-time 3D imaging by Sam-
plingPhasedArray.[Электронныйресурс].–Режимдоступа:-
http://www.ndt.net/article/ecndt2010/reports/1_03_22.pdf, свободный – Загл. с
экрана. – Яз. англ. Дата обращения 13.05.15г
26. Капранов Б.И. Коротком М.М. Акустические методы контроля и
диагностики. Часть 1. – Томск: ТПУ, 2008. с. 186
27. Данилов В.Н., Самокрутов А.А., Люткевич А.М. / Контроль. Диа-
гностика. 2003. №7. .29-36.
28. Матвиенко К.Г., Помишин Е.К. / Рентгеновская компьютерная то-
мография. 2016.
29. Степанова Е.Ю. Аддитивные технологии как прорывные иннова-
ции ресурсосбережения 21 века // Энерго- и ресурсосбережение – XXI век:
X III Международный. Науч.- практ. Интернет-конференция, 15 марта – 30
июня 2015. Орел. Госуниверситет – УНПК, 2015. С. 124-128.
30. Новые производственные технологии: публичный аналитический
доклад [Электронный ресурс] / И.Г. Дежина [и др.]: Сколково: Сколковский
ИНиТ,2015.203с.Режимдоступа:
htpp://isicad.ru/ru/pdf/ReportSkolkovo2014.pdf.
31. Степанова Е.Ю. Влияние аддитивных технологий на экономику
наукоемких отраслей промышленности: роль многоуровневых интегриро-
ванных компаний // Экономические и гуманитарные науки, 2016. №1 (288).
С. 54-64.
32. Зленко М.А., Попович А.А., Мутылина И.Н. Аддитивные техноло-
гии в машиностроении. СПБ. издательство Политех, 2013. 222с.
33. http://inosmi.ru/world/20131013/213824981.html?id=213833495
[Электронный ресурс]
34. Степанова Е.Ю., Барсуков Г.В., Збинякова Е.А. 3D-инновации в
автомобильной промышленности // Вестник Брянского государственного
технического университета. 2016.
35. Cтепанова Е.Ю., Поландова Л.И. Высокие технологии в инноваци-
онной экономике // Известия Орловского государственного технического
университета. Фундаментальные и прикладные проблемы техники и техно-
логии. 2007. 3/267(533). С. 156-167.
36. Степанова Е.Ю. Наукоемкие отрасли и высокие технологии – ос-
нова технологической безопасности и независимости страны // Фундамен-
тальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2014. №2 (304).
С.122-132.
37. David L. Bourella, Joseph J. Beaman, Jr.a, Ming C. Leub and David W.
Rosenc. A Brief History of Additive Manufacturing and the 2009 Roadmap for
Additive Manufacturing: Looking Back and Looking Ahead. RapidTech 2009,
www.rapidtech.itu.edu.tr.
38. Gilman P.P., Benjamin J.S. Mechanical alloying // Ann. Rev. Materials
Sci. – 1933. – Vol. 13. – P. 279-330.
39. Techel A. et al. Laser Additive Manufacturing of Turbine Components,
Precisely and Repeatable. Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology
(IWS), интернет-издание Laser Institute of America. Доспуп свобод.:
http://www.lia.org/blog/category/laser-insights-2/laser-additive-manufacturing
40. ГОСТ 19807-91 Титан и сплавы титановые деформируемые. Мар-
ки
41. Boulos M. Plasma power can make better powders. Metal Powder Re-
port. 2004. – Vol. 59. – Issue 5. – P. 16-21.
42. Егоров Ю.П., Лозинский Ю.М., Роот Р.В., Утьев О.М., Хворова
И.А. Сборник методических указаний. – Томск, Издательство Томского по-
литехнического университета, 2010. – 47 с.
43. Бориков В. Н., Зыков В.М., Вавилов В.П., Чахлов С.В., Седнев
Д.А., Рычков М.М. Перспективные технологии неразрушающего контроля
для предприятий ОПК. – Томск, Издательство Томского политехнического
университета, 2010. – 47 с.
44. Методическое пособие по изучению дисциплины «Электронно-
лучевые и лазерные аддитивные технологии» для студентов заочной формы
обучения/ Кушнарев Ю.В. – Томск, Издательство Томского политехниче-
ского университета, 2016. – 30 с.
45. Актершев С.П., Термокапиллярный эффект и периодические
структуры на поверхности нагреваемой пленки вязкой жидкости. – Новоси-
бирск, Издательство – Институт теплофизики имени С.С. Кутателадзе, СО
РАН.
46. Бойко, Н.И. Ресурсосберегающие технологии повышения качества
поверхностных слоев деталей машин / Н.И. Бойко. – М.: Маршрут, 2006. –
200 с.